邦尼·杜恩绝不是人们会想到去寻找高科技刺激的地方。这个位于加利福尼亚州圣克鲁斯西北部的小村庄曾经是一个古老的伐木营地，坐落在一条乡村小路的尽头，穿过数英里空旷的海滩和草莓农场。在到达葡萄园之前左转，你会发现一条通往谷仓的短土路。然后，在数百英亩的红杉林后面，你会遇到未来的化身——一个嗡嗡作响的黑色小装置，大约面包盒大小，在头顶上空盘旋。这个奇怪的飞行物体由一群咯咯笑着的工程师远程控制。他们的领导者，一个身材高挑，有着羚羊般体格，风吹的金色头发，以及永恒笑容的男人，在介绍自己之前就开始滔滔不绝地赞美他装置的可能性。
对于发明家乔本·贝维特来说，这个会飞的黑盒子承载着我们清洁能源的未来，一个风力涡轮机从地面升空，在云层中飞行的世界。他的公司Joby Energy从零开始设计这些涡轮机。“为了拥有真正可持续的能源，我们必须战胜煤炭，”他说。“我们将需要颠覆性的技术。我相信这种技术就是高空风能。”
从概念上讲，他的想法是合理的：来自天空的风力将使涡轮机摆脱昂贵、笨重的塔架和超大叶片，使它们能够不显眼地从世界上最丰富的风能矿藏中收集能量。三万英尺高空的风所携带的能量是地面附近风的20倍，这代表着一种电力来源，其成本可能只是煤炭的一小部分。观察人士表示，挑战在于如何让这些涡轮机保持在高空。
“找到如此巨大的资源就像在你的花园里发现油田一样，”加州奇科大学的环境工程师、全球高空风力调查的主要作者克里斯蒂娜·阿切尔说。“此外，通过使用100磅的漂浮在空中的设备，而不是用于传统风力涡轮机的200吨水泥，你还能节省材料成本。”
乔本·贝维特的朋友说，在见到他15分钟内，你不是爱上他就是讨厌他。他专注的精力，加上异常宽大、不眨眼的蓝眼睛，可能会让人不安。他很友好，但语速很快，快速地吐出音节，眼睛不离开对方。坐着的时候，他会抖动腿。“你会以为他喝了五杯咖啡，”Joby Energy最早的员工之一大卫·克雷格说。“他非常专注。但这种热情会传染。”
贝维特（顺便说一句，他反对咖啡因）在他知道这个词的含义之前，就已经是一个充满热情的工程师了。“从我还是个孩子的时候起，我就想从事可再生能源，因为我是在没有电的环境中长大的，”他说。他回忆起与父母住在圣克鲁斯山脉的一个回归自然社区，就在Joby Energy今天所在地附近，他记得“煤油灯，没有电视，用丙烷做饭。”
贝维特的远大抱负来自他的父亲罗恩（又名“哈斯勒”）贝维特，他是快乐恶作剧者的早期成员，这些反文化先驱在1964年乘坐一辆充满迷幻药的巴士穿越美国，开始了他们的品牌。哈斯勒是用照片记录下那段著名旅程的人。乔本·贝维特解释说，他通常负责设备，“他是确保音响系统正常工作的人”。“他们叫他哈斯勒，因为如果有麻烦，他就会解决。”年轻的贝维特的奇怪名字也有恶作剧者的背景：乔·本（“乔比”）斯坦珀是恶作剧者肯·凯西关于俄勒冈森林伐木工人小说《有时一个伟大的想法》中天使面孔、超凡脱俗的乐观主义者。
贝维特继承了父亲的衣钵，他父亲是位房屋建造大师，不过儿子却偏爱更小、更高端的科技。他修修补补邻居的太阳能电池板，安装迷你风力涡轮机，并改装发电机来运行他珍贵的苹果电脑。贝维特花费数百小时在建筑工地清理钉子和做其他零工，以赚取足够的钱购买昂贵的山地自行车和电脑，以满足他多年来的技术爱好。到1987年他读高中一年级时，他已经从零开始建造那些自行车了。
在加州大学戴维斯分校，贝维特找到了他的使命，那是在州内最独特的实验室之一。“保罗·莫勒是戴维斯的一个完全疯狂的发明家，他在过去40或50年里一直在努力制造一辆飞行汽车，”贝维特微笑着回忆起他的导师。“那是一次了不起的经历。”从大二到大四，贝维特与莫勒和其他几位工程师夜以继日地工作，试图找到一种可控的方式将车辆及其驾驶员升离地面。大部分时间都花在基本问题上，例如如何在没有大型发动机的情况下产生足够的推力。它从未真正奏效，但贝维特却感染上了对“大创意”工程的热爱。
毕业13年后，贝维特有机会凭借自己的资金实现自己的“大创意”。这位科技迷在1990年代于斯坦福大学读研究生期间，将微薄的积蓄投资于苹果、英特尔和其他蓬勃发展的公司，并于1999年科技泡沫破裂前卖掉了股票。他用近50万美元的利润创办了Velocity11，一家为基因组学行业设计机器人的公司。作为公司的首席执行官和后来的总裁，贝维特不仅设计了用于分析大量基因样本的机器，还负责公司的客户服务和销售。八年后，他以超过1亿美元的价格将Velocity11出售给了生物技术巨头安捷伦科技公司。
贝维特涡轮机上的旋翼既有助于起飞，又能捕捉风力。| 肖恩·芬恩摄
那时，贝维特已经创立了第二家成功的公司，名为Joby，专门为户外摄影师生产可弯曲三脚架等小工具，名为Gorillapods。但他的无线耳机设计失败后，他决定不再把精力浪费在小创意上，转而追求在大学时就吸引了他的那种大梦想。他回忆起童年时期的太阳能电池板，转而研究可再生能源，并开始追逐他能找到的每一个时尚的新能源。“有一次乔本对藻类非常感兴趣，”他的朋友兼前同事大卫·谢因曼说。“我们参加了藻类会议。我们谈论的都是藻类、藻类、藻类。然后他有点决定：不行。”
贝维特总结说，藻类没有足够的集中能量来达到成本效益。2007年，他仍在寻找一种新颖的资源——一种包含如此强大能量，以至于成本低于煤炭的资源——这时他在半空中有了顿悟。“我当时正从中国飞回来，那里的空气质量简直糟糕透顶，”他说。“我意识到我们有每小时200英里的顺风。于是我开始计算每小时200英里的风中到底有多少能量。等我降落时，我已经完全兴奋起来了。”
贝维特一直热爱航空，也是一位狂热的风筝冲浪者，他开始模拟喷射气流。经过几个不眠之夜，他计算出高空风力涡轮机能收集多少能量。他知道风力与风速的立方成正比，所以更快的风会产生指数级的更多能量。但实际数字让他惊愕。在纽约市上空的喷射气流中，一平方米的风通常携带八千瓦的能量（足够六到七个美国家庭使用），而地面附近相同面积的风甚至无法给烤面包机供电。更重要的是，高空风更稳定，所以这些千瓦几乎总是在产生。由这种持续、强劲的气流产生的风力，最终可能比煤炭更便宜。作为额外的好处，高空涡轮机不会破坏景观，从而消除了对风力发电的一个主要政治反对意见。
“我花了几天时间完全专注于它，以至于我脑子里只有这件事，”贝维特说。他想象出一种能在喷射气流的猛烈冲击下飞行的装置：一个装有多台涡轮机的巨大机翼，能够像直升机一样起降。他制作了这样一架飞行器的动画，并展示给同事们看。“你疯了吗？”他们问他。他要如何建造它或让它升空？
贝维特在2008年2月创办Joby Energy时，并不知道自己会遇到什么。当然，其他公司也在研究高空风能（参见下一页的“高空飞行者”），但他有一个优势，那就是稳定的资金来源：他自己的财富。到年底，他购买了圣克鲁斯山脉一片40英亩的红杉林地，用于飞行模型，并配备了金属、木材、玻璃纤维和碳纤维车间。他将一个旧谷仓改造成一个高大的研究实验室，并在隔壁买了一套小房子，以便在没完没了的18小时工作日之间睡觉。
他和团队首先要决定要追求的设计类型。他们想要的是像风筝一样，通过拉动系绳并在地面上旋转涡轮机来产生少量能量的装置吗？还是应该开发附着在飞行器上并送入天空的发电机？贝维特感兴趣的不是为单个房屋产生几千瓦的电力，而是生产大量的电力；为此，后者的想法似乎是最好的。他想要一种可以扩展到工业规模的装置，与燃煤电厂相媲美。（大多数现代风力涡轮机每台发电量从700千瓦到2.5兆瓦不等——足以满足200到750个普通家庭的需求。）将涡轮机直接连接到飞行器上意味着更多的发电机，因此也能产生更多的电力。
但是这个装置应该是什么样子呢？团队从现成的模型飞机开始，用系绳连接到地面，并在空中盘旋。这导致了一个奇怪的早期设计，名为“Whirly”，它在长机翼的两侧各有一个旋翼；当机翼划破空气时，旋翼相互围绕旋转，就像两只动物追逐自己的尾巴一样。这种旋转产生了大量的风，但这种结构太重且成本太高，无法扩展到工业规模。
在他们压路机式的工程风格中，每条路径都经过测试，只有最好的才会被采纳，团队放弃了这个想法，转而研究下一个设备，它有点像一架没有驾驶舱的老式第一次世界大战双翼飞机。他们将旋翼安装在垂直支柱与水平机翼相交的连接处。这种布置允许连接更多的旋翼，但这里也存在问题。首先，旋翼就在机翼前方，阻碍了气流，导致升力下降。然后又出现了另一个问题。多次前往华盛顿特区让贝维特相信，美国联邦航空管理局在短期内不会允许他将永久性商用设备飞到3万英尺高空。这意味着飞行器必须在更低的高度飞行——低得多。
具有讽刺意味的是，这让贝维特回到了三年前他从中国飞回时勾勒出的最初想法：一个面对风的单翼，上面安装着涡轮机，在空中轻轻地划出一个大圆圈。只是这一次，旋翼将安装在机翼上方和下方的立柱上，这种配置将防止它们窃取保持机器空中飞行所需的空气。为了起降，整个装置将垂直旋转90度，旋翼向上，像直升机叶片一样工作。
贝维特对放弃从万米高空的喷射气流中获取风能的梦想感到失望，但事实证明，即使在几千英尺的高度，该设备也能收集到巨大的能量，这得益于其坚固的结构和持续的摆动。对于标准风力涡轮机来说，可用能量的大小与风速和叶片扫过区域的大小有关。贝维特的原型最大限度地利用了这两个变量。单翼设计利用风产生升力，这种力使飞行器以风速的数倍在空中疾驰。即使在每小时20英里的风中，涡轮机也能以每小时超过100英里的速度在空中移动。尽管叶片比地面风力涡轮机上的叶片短得多，但由于飞行器在巨大的圆圈中飞行，它们可以切割更多的风。
贝维特说，这个设计与其说是突然的灵感，不如说是一个缓慢而有力的演变。“创新是混乱的，”他指出斯坦福大学工程学的座右铭是FFF，即“快速失败，向前学习”。“你必须容忍失败，并尽可能积极地从中学习。你越快地尝试新想法并从中学习，效果就越好——这在探索新领域时尤为重要。”
Joby Energy现在雇佣了20名工程师——大多是年轻人，他们不介意贝维特残酷的每周60到80小时工作制——并正努力将原型扩大到一张台球桌的长度，并配备四个旋转涡轮机。团队已经使用初始模型产生了数千瓦的电力，并正在设计每台可产生250千瓦的涡轮机（类似于一些早期的陆基涡轮机）。
尽管贝维特仍然坚称风力涡轮机可以在喷射气流中飞行，但他承认第一批设备可能不得不仅在几千英尺的高度运行，以证明它们能获得电力公司和大型能源消费者的信任。政府可能需要更多的说服。“这是一个棘手的监管挑战，”贝维特说，他估计需要1亿美元和三到五年的游说才能开放喷射气流用于能源利用。能源业内人士，如挪威能源巨头Statkraft（少数关注该技术的公司之一）的业务发展主管卢卡斯·格雷斯尼格特表示，只有当有人能够无事故地飞行一台半兆瓦设备至少六个月后，信任才会开始建立。
这引出了贝维特所说的他最大的工程难题。为了使高空涡轮机正常工作，它们必须配备自动化控制系统，以确保设备不会发生戏剧性且代价高昂的坠毁事故。“这是这个问题的症结所在，”他说。“如果有什么东西能成就或毁掉高空风力涡轮机项目，那将是在控制方面。”
一个面包盒大小的设备实际上比Joby Energy目前正在研发的台球桌大小的设备更难控制。但后者坠毁的后果显然更糟。对于一个半挂卡车大小的设备来说，风险更大。每个设备都将配备一个机载计算机（类似于捕食者无人机使用的那种），它将检测风的微小变化并自动进行调整。这就是贝维特大多数员工今天面临的任务：编写代码和创建控制软件。团队目前正在开发3米和10米长的原型机，尽管目标是60米[200英尺]的商用机器。一个由多架20米长的飞机同步飞行的试点项目计划于2012年实施。
在众多竞相开发高空风能的公司中，Joby Energy凭借其商业头脑和稳定的资金脱颖而出。即便如此，能源领域的少数参与者仍愿意押注飞行涡轮机。但你绝不会从贝维特在树林里繁忙的院落中感受到所有的怀疑。“乔本喜欢那些去风筝冲浪的日子，风很大，浪也很大，”沙因曼说。“每个人都看着他，‘这家伙真的会去做吗？’然后他就做了。这很能说明乔本的生活。他寻找最大的日子，拿出最大的风筝。”
高空飞行者
Joby Energy并非唯一一家试图利用高空风能的公司。几家竞争对手正在开发相关的设计，有望在未来几年内开始为电网供电。与Joby一样，这些公司正在利用新型坚固廉价的材料、先进的控制电子设备以及对高空风模式更深入的理解。他们还在寻求绕过对陆基和近岸风力发电场的抵制，例如最终获批的科德角海上风电项目。
Makani Power采用系留单翼飞机，配备六个小型旋翼，在1200英尺高度划出圆形路径，可产生高达1兆瓦的电力。这家位于加州的公司从谷歌的慈善部门获得了1500万美元（这是这家科技巨头最大的清洁能源投资），并刚刚获得美国能源部300万美元的拨款。
马根能量公司开发了一种充氦飞艇，它围绕着一根1000英尺高的轴旋转。两端的发电机通过系绳将电力输送到地面。从明年夏天开始，该公司计划接受售价50万美元、可产生高达100千瓦电力的型号订单。
Ampyx Power将滑翔机和地面发电机结合起来，制造出其PowerPlane。当滑翔机在空中穿梭时，它会展开一根长长的系绳，产生机械能，地面上的发电机将其转化为电力。这家荷兰公司计划在2013年前销售一台1兆瓦的型号。意大利初创公司Kite gen采用相同的概念，但使用巨型风筝而不是滑翔机来展开系绳。
